[发明专利]一种氧化锆-硅藻土复合负载燃料电池催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化锆‑硅藻土复合负载燃料电池催化剂的制备方法，属于燃料电池催化材料制备技术领域。制备原料组成为ZrOCl₂·8H₂O，硅藻土，氯钯酸和还原剂。将ZrOCl₂·8H₂O和已前处理的硅藻土溶于水中充分分散搅拌，干燥和煅烧获得氧化锆‑硅藻土复合载体，随后加入氯钯酸溶液中充分搅拌，通过液相还原法负载钯纳米催化剂颗粒。复合载体显著改善钯颗粒的分散性，从而提高催化剂对醇类的催化活性和稳定性。本发明制备原料简单易得，工艺稳定，具有产业化前景。

技术领域

本发明属于燃料电池催化材料制备技术领域，具体涉及一种氧化锆-硅藻土复合负载燃料电池催化剂的制备方法。

背景技术

催化剂是燃料电池中关键材料之一，催化剂的成本占到燃料电池成本的1/3，对于燃料电池这种未来清洁能源的商业化具有非常重要的意义。铂被证明是用于低温燃料电池的最佳催化剂活性组分，但使用铂做为燃料电池催化剂也存在如下严重问题：（1）铂资源匮乏；（2）价格昂贵；（3）抗毒能力差。铂金属是地球上最稀有的几种金属之一。因此寻求廉价且具有良好稳定性能的催化剂已成为电极催化剂研究的主要目标。为了降低燃料电池的成本，必须降低铂载量，即开发低铂乃至非铂电催化剂。

目前，为了降低燃料电池的成本，必须降低铂载量，即开发低铂乃至非铂电催化剂。且非铂催化剂的研究，主要采用钯基或钌基掺杂其他金属制备催化剂，近年来，研究人员用了多种方法制备了各种活性组分高度分散的钯基催化剂。钯基催化剂不仅比铂便宜，资源储量丰富，但其依然存在着严重的缺点，如钯作为催化剂时在电催化过程中，由于燃料不完全氧化产生的中间产物CO容易使催化剂中毒，从而降低催化活性。

钯催化剂在工业上的应用仍然受到很大限制，而负载技术的出现，使得这一问题得到了初步解决。而目前为止主要用于负载钯催化剂的载体主要包括聚合物、多孔炭材料、介孔硅胶、分子筛以及多种金属氧化物。过渡金属氧化物具有较强的化学稳定性和电化学稳定性，在甲酸、甲醇等有机小分子的氧化过程当中，能够提升催化剂材料的整体稳定性，减少电化学活性面积的损失。

天然硅藻土属于硅材料中的一种新材料，其具有分布广泛、天然储量大、其表面的硅羟基分布均匀，而表面的介孔较为规整，这使得其表面负载的钯催化剂粒径分布更加均匀，大小主要在纳米级，并且粒径合适。而在天然硅藻土表面进行化学负载的方法使得负载后的钯催化剂更加牢固，并且其负载量更易于调控，使得这种新型非均相催化剂的催化效率与重复利用能力得到了较大的提高与保证。

发明内容

为了解决催化剂CO中毒和活性降低的问题，本发明提供了一种氧化锆-硅藻土复合负载燃料电池催化剂的制备方法。通过氧化锆硅藻土复合载体的协同作用，能够显著改善钯纳米催化剂颗粒在载体表面的分散性和粒径，进而提高其催化性能。

本发明是通过如下技术方案实施的：

一种氧化锆-硅藻土复合负载燃料电池催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将硅藻土和表面活性剂溶于乙醇溶剂中超声处理1小时其均匀分散后，通过离心干燥得到改性的硅藻土粉末；

（2）将ZrOCl₂·8H₂O和步骤（1）获得的改性硅藻土溶于水中超声0.5~5小时充分分散，随后磁力搅拌0.5~8小时，再通过离心洗涤干燥得固体粉末；

（3）将步骤（2）得到的固体粉末放置于管式炉，在保护气体气氛中升温到300~500℃，保温0.5~8小时，得到氧化锆-硅藻土复合载体；

（4）随后将氧化锆-硅藻土复合载体加入氯钯酸溶液中超声搅拌0.5~6小时；

（5）将还原剂溶于水后，缓慢逐滴加入步骤（4）所得的溶液，室温下磁力搅拌1~10小时，离心洗涤干燥得到氧化锆-硅藻土复合负载钯基燃料电池催化剂。